植物学之植物组织系统.ppt

Chapter 1 plant cell 第一章 植物细胞,Section 1 morphology and structure 植物细胞的形态结构 Section 2 reproduction of plant cell 植物细胞的繁殖 Section 3 cell growth, differention and death 植物细胞的生长、分化和死亡 复习思考题,Research brief history 植物细胞研究简史 1.1 The Discovery of Cells （1）细胞的发现与显微镜密切相关 （ 2）英国的胡克（Robert Hooke）在1665年首次描述了植物细胞（木栓），命名为cell。 （3）荷兰的列文虎克（Leeuwenhoek）和意大利的马尔比基（Malpighi）对细胞显微结构（Microstructure）认识的贡献.,Section 1 morphology and structure,(1) Discovery of cell theory Robert Brown (1831): nucleus Mattias Schleiden （1838）in Botany Theodor Schwann （1839）in Zoology; “Cell Theory” (2) Content of cell theory All living organisms are composed of cells and that cells form a unifying structural basis of organization. 细胞是组成有机体的结构、功能基本单位。,1.2 Cell Theory （1838-1839）,恩格斯对细胞学说给予了高度的评价，将其列为十九世纪自然科学的三大发现之一。 细胞学说创立的重要性： （1）从细胞水平提供了有机界统一的证据，证明了植物与动物有着细胞这一共同的起源。 （2）为近代生物学的发展，接受生物进化的观点奠定了基础，推动了近代生物学的研究。,(3)Significance of cell theory 细胞学说的意义,在20世纪初期：明确了细胞的各主要显微结构。 20世纪的30-40年代以前：细胞是生物体结构和功能的基本单位。 在30-40年代，透射电子显微镜（transmission electron microscopy，TEM）的研制成功，以电磁透镜代替了玻璃透镜，突破了光学显微镜的局限性。应用于生物学的研究中，提示了细胞一个新的研究领域超微结构。 60年代末，扫描电子显微镜（scanning electron microscopy，SEM）问世并被广泛应用，使人们能直接观察到生物，乃至细胞立体、生物的结构。 60年代，组织培养技术细胞全能性: 证明细胞学说,1.3 development of cytology 细胞学的发展,2. morphology and structure of plant cell 2.1 plant cell form 植物细胞的形状,球状体,多面体,纺锤形,柱状体,2.2 size of plant cell 植物细胞的大小 一般为 10100微米 最小（球菌） 0.5 微米 西瓜果肉细胞 1 毫米 棉花种毛长 75 毫米 苘麻茎的纤维细胞长 550毫米,Form and size of plant cell,2.3 basic structure of plant cell 植物细胞的基本结构,原生质体,细胞壁,后含物,细胞膜 细胞质 细胞核,植物细胞,基质 双层膜细胞器 单层膜细胞器 内膜系统 细胞骨架 核糖体,显微结构 超微结构,2.3.1 细胞壁(cell wall),胞间层,初生壁,次生壁,(1) 细胞壁层次：,(2) Collections Between Cells,1) primary pit field 初生纹孔场 细胞壁在生长时并不是均匀增厚，在细胞初生壁上有一些明显凹陷较薄区域 。,2) Pit 纹孔,单纹孔（simple pit）,具缘纹孔(bordered pit),半具缘纹孔,pit; pit cavity; pit pair,纹孔膜,Simple pit,Bordered pit,3) Plasmodesmata胞间连丝,连接相邻两个植物细胞间的细胞质细丝，是细胞间物质、信息和能量交流的直接通道。,共质体（symplast） 质外体（apoplast）,葡萄糖、纤维素、微团、 微纤丝、大纤丝,Component and ultrastructure 细胞壁成分和亚显微结构：,1）木化：树的木材部分，导管、管胞、纤维等机械组织细胞，能产生木质素（丙酸苯酯类聚合物，具有很高的强度），填充于细胞壁中，叫木化。 2）角化：填充角质（脂类化合物），不透水，可透气，可透光。植物的表皮细胞常常发生角化，如叶的表面形成角质层，具有保护作用，如防止水分蒸腾、病菌的侵入等。 3）栓化：填充栓质（脂类化合物）， 细胞不透水、不透气，细胞一经栓化后即死亡，树木的外皮，常常是栓化的细胞，具有良好的保护作用。 4）矿化：细胞壁内填充矿物质，增加硬度，如禾本科植物表皮细胞常常发生显著的硅化,(4) Speciality of cell wall 细胞壁特化,2. protoplast (原生质体),2.1 质膜（plasmalemma 或 plasma membrane）,脂溶性物质容易通过质膜,质膜，包在细胞原生质体外面，所以又称细胞膜（cell membrane）。,1）structure,（1）单位膜unit membrane （2）特殊性： 质膜具有不对称性，蛋白质非对称排列；质膜具有流动性，其结构会发生发变化；质膜具有选择透性。 （3）流动镶嵌模型 S. J. Singer 和 G. Nicolson （1972）根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，在”单位膜”模型的基础上提出“流动镶嵌模型”，强调膜的流动性和膜蛋白分布的不对称性，受到大多数人的支持。,质膜的的结构模型,2）function,1. 使细胞的内外环境分隔开，为的生命活动提供相对稳定的内环境。 2. 控制膜内外之间的物质交换，具有选择性的进行物质运输 3. 参与主动运输，被动运输和胞饮作用，为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行。 4. 提供细胞识别位点，完成细胞内外信息跨膜传递。 5.纤维素合成和微纤丝的组装,2.2 nucleus 细胞核,细胞核多呈圆形，直径10-20m，细胞核的形状、大小及在细胞中的位置均随着细胞的生长而变化。,分生组织细胞核,成熟组织细胞核,Form：,细胞核外有一层薄膜，称为核膜（nuclear membrane）。膜内充满均匀透明的胶状物质，称为核质（nucleoplasm），其中有一到几个折光强的球状小体，称为核仁（nucleolus）。当细胞固定染色后，核质中被染成深色的部分，称染色质（chromatin），其余染色浅的部分称核液（nucleochylema）。,Structure:,Function：,1）储存和传递遗传信息。 2）控制和调节细胞的生理活动。 3）通过控制不同基因的表达来控制生物的性状。,（3）Cytoplasm 细胞质,质膜以内、细胞核以外的物质 可分为细胞质基质和细胞器两部分。,细胞质基质：是一种无明显结构，半透明的胶体。,胞质运动：细胞质在细胞内作持续、规则的流动。,胞质运动的作用：促进细胞质内细胞器之间的相互联系，为细胞器的生理活动提供能量。,organelle (细胞器)：细胞质中具有一定的形态结构和具有特定功能的小“器官”。,细胞器： 质体（plastid） 线粒体（mitochondrion） 内质网（endoplasmic reticulum） 高尔基体（dictyosome或Golgi body） 核糖体（ribosome） 溶酶体（lysosome） 液泡（vacuole） 微管（microtubule）等。,1）质体(Plastid) ：,一类与碳水化合物的合成与贮藏密切有关的细胞器 植物细胞特有的结构。 根据色素的不同，可将质体分成三种类型： 叶绿体 有色体（或称杂色体） 白色体,绿色高等植物进行光合作用的细胞器。 distribution：叶肉细胞、气孔的保卫细胞、嫩茎的皮层细胞等。 Form：球形、椭球形、凸透镜形等，直径 410m。 Structure：外膜、内膜、类囊体、基粒、基质片层、基质 Pigment：叶绿素a、b，叶黄素和胡萝卜素 function：光合作用（photosynthesis）,a. 叶绿体 chloroplast,外膜,内膜,基粒,基质片层,是单层膜围成的扁平小囊，膜上含有光合色素，又称光合膜。,基质,Structure and function of chroloplast,外膜的渗透性大，物质可自由进出。,内膜对通过物质的选择性很强，控制物质的进出,类囊体,许多类囊体象圆盘一样叠在一起，称为基粒。,贯穿在两个或两个以上基粒之间的没有发生垛叠称为基质片层或基质类囊体。,主要成分包括：碳同化相关的酶类，如RuBP羧化酶。叶绿体DNA、蛋白质，各类RNA、核糖体等。,b. 有色体（chromoplast）,是只含有胡萝卜素和叶黄素，不含基粒的质体。,Distribution ：主要分布于花瓣、果实、储藏根等部位。 Form ：颗粒状、针状等。 Structure ：双层膜 Pigment ：叶黄素和胡萝卜素，比例不同分别呈黄、橙或橙红色 Function ：吸引昆虫传粉、储藏营养物质,c. 白色体（leucoplast）,Distribution ： 一些植物的贮藏器官中，如甘薯、土豆的地下器官及种子的胚中。 Pigment ：不含可见色素的无色质体，呈颗粒状 Function ：积累淀粉、蛋白质及脂肪，从而使其相应地转化为淀粉粒、糊粉粒和 油滴。（分别称为造粉体、造蛋白体和造油体）,Translation of plastids,2）Mitochomdria 线粒体：,在光学显微镜下，线粒体经Janus green B染色，可见到线粒体是一些大小不一的球状、棒状或细丝状颗粒结构，一般直径为0.51m，长度是12m。,在电子显微镜下，线粒体由双层膜包裹着，两膜之间8-10nm，其内膜向中心腔内折叠，形成许多隔板状或管状突起，称为嵴（cristae）。内膜与嵴上有带柄的球形小体称为基粒。,Function：,线粒体内膜、脊、基粒以及基质内均含有与呼吸作用有关的酶，约100多种，线粒体呼吸释放的能量，能透过膜转运到细胞的其他部分，提供各种代谢活动的需要； 线粒体被比喻为细胞中的“动力工厂”。,葡萄糖,丙酮酸,CO2和H2O,糖酵解,TCA循环,细胞质,线粒体,3）endoplasmic reticulum,分布于细胞质中的网状膜系统，由管状、囊泡状或片状结构的膜构成。,粗糙型内质网（rough ER）：参与蛋白质的合成与运输功能 光滑型内质网（smooth ER）：主要合成和运输类脂和多糖,4）Golgi body 高尔基体 （高尔基器）,由一叠扁平的囊（cisterna）组成的结构，直径约0.51m，囊的边缘产生囊状管，相互交织成网状。周围由管通过缢缩断裂，形成高尔基小泡（vesicle），小泡可从高尔基体囊上分离出去。,Function：高尔基小泡中多含有糖类物质，参与细胞壁的形成。,5）ribosome 核糖体,即核糖核蛋白体，为非膜性的细胞器，是直径为1723nm的小椭圆形颗粒。它的主要成分是RNA和蛋白质。在细胞质中，它们可以游离状态存在，也可以附着于粗糙型内质网的膜上。,电镜下的核糖体,核糖体结构模型,核糖体是蛋白质的合成场所，mRNA和tRNA只有与核糖体结合才能够形成蛋白质。,6）vacuole 液泡,structure： 液泡膜 细胞液 function： 调节渗透压 储藏功能 花青素 中性 紫色 酸性 红色 碱性 兰色 植物碱 有机酸 无机盐,7） lysosome溶酶体,由单层膜构成的能分解蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的细胞器。 主要来自于高尔基体和内质网分离的小泡。 形状和大小差异较大，一般为球形，直径0.20.8m。 除含特有的酸性磷酸酶外，还有许多（已知的有60多种）其他的水解酶。,异体吞噬：分解从外界进入到细胞内的物质，如细菌、病毒等 自体吞噬：把细胞质的其他组分吞噬进去，在溶酶体内进行消化。 自溶作用：通过本身膜的解体，把酶释放到细胞质中溶解细胞本身。,8）spherosome 圆球体,单层膜包裹着的圆球状小体，直径为0.11m，染色反应似脂肪。电子显微镜观察指出，它的膜只具有一层电子不透明层（暗带），而不象正常的单位膜具二个暗带，因此，可能只是单位膜的一半。,一些由单层膜包围的小体，直径约0.5m。现在了解到微体有二种：过氧化物酶体（peroxisome）和乙醛酸循环体（glyoxysome）。,9） microbody微体,过氧化物酶体存在于高等植物叶肉细胞内，它与叶绿体、线粒体相配合，参与乙醇酸循环，将光合作用过程中产生的乙醇酸转化成已糖。,过氧化物酶,乙醛酸循环体：与圆球体和线粒体相配合，把储藏的脂肪转化成糖类，出现在油料种子萌发时。,10）细胞骨架 cytoskeleton,Concept: 真核细胞中的蛋白纤维网络结构。它所组成的结构体系称为“细胞骨架系统”， Components：微管、微丝和中间纤维 Function：固定细胞器、能量转换,细胞中的应力纤维： 微丝（红色） 微管（绿色）,微管是直径约25nm，其中管壁厚45nm，中心是电子透明的空腔。 Components: 微管蛋白和微管结合蛋白 Function: 支持维持细胞形状 参与构成有丝分裂或减数分裂是出现的纺锤体 调节细胞壁的生长和分化 影响胞内物质的运输和胞质运动 构成低等植物的鞭毛，调节细胞运动,Microtubule,是由肌动蛋白(actin)组成的直径约7nm的骨架纤维，又称肌动蛋白纤维actin filament。 微丝和它的结合蛋白（association protion）以及肌球蛋白（myosin）三者构成化学机械系统，利用化学能产生机械运动。,Microfilament:,Summary of protoplast,Structure Life Unit Organelles Endomembrane system,3. ergastic substance后含物,（1）concept：是原生质体的代谢产物，有的是营养物质，有的是代谢废物。,后含物与原生质体组成物质的区分：,后含物不是构成原生质体或细胞器的组成成分。 后含物是已经退出细胞生理代谢的物质，凡参与细胞代谢的物质不能称为后含物。,（2）familiar ergastic substance：,1） Starch 淀粉 淀粉是葡萄糖分子聚合而成的长链化合物，它是细胞中碳水化合物最普遍的贮藏形式，在细胞中以颗粒状态存在，称为淀粉粒（starch grain）。 淀粉是由质体合成的，在叶绿体或白色体中葡萄糖可以聚合成淀粉，再以某一点为脐点（hilum），形成同心圆的轮纹层次。轮纹可能是两种不同结构的淀粉交替积累而成。 产生淀粉粒的白色体称为造粉体或淀粉体。 不同植物的淀粉粒有不同的形态，可作为商品检验、生药鉴定的依据。 鉴定方法：淀粉粒遇碘呈蓝到紫色反应。,2） Protein 蛋白质,细胞中的贮藏蛋白质呈固体状态，生理活性稳定，与原生质体中呈胶体状态的有生命活性的蛋白质在性质上不同 遇碘呈黄色反应。,拟晶体,不定形蛋白质：呈颗粒状，称糊粉粒,3） fat & oil 脂肪和油,脂肪和油类是含能量最高而体积最小的贮藏物质。 在常温下为固体的称为脂肪，液体的则称为油类。 脂肪和油遇苏丹 -III呈橙红色反应。,椰子胚乳细胞,4） crystal晶体,在植物细胞的液泡中，多余的钙离子常常会形成无机盐，以晶体的形式存在。最常见晶体的是草酸钙晶体，少数植物中也有碳酸钙晶体或硅质小体。 它们一般被认为是新陈代谢的废物，形成晶体后便避免了对细胞的毒害。,晶体的性状有：单晶、针晶、簇晶、钟乳体,单晶,簇晶,针晶,4. prokaryotic cell and eukaryotic cell,上述讲述的是真核细胞的结构。原核细胞无细胞核、无细胞器只分为周质和核质。,5.plant cell and animal cell,Plant cell and animal cell,Section 2 plant cell reproduction,Cell reproduction: 通过分裂形成新细胞的过程 Mode: Mitosis 有丝分裂 Amitosis 无丝分裂 Meiosis 减数分裂,细胞周期 cell cycle,Concept：持续分裂的细胞，从结束一次分裂开始，到下一次分裂完成为止所经历的整个过程。 包括间期（G1、S、G2）和分裂期（M）。 细胞周期的时间长短 受DNA量和环境条 件的影响,间期 interphase 其中G1和G2期主要是合成有关蛋白质和RNA S期则完成DNA 的复制,. Mitosis 有丝分裂,细胞在分裂过程中产生spindle fiber (纺锤丝)和chromatin (染色体) .1 Karyokinesis 细胞核分裂,Prophase前期 染色质浓缩成染色体，核仁消失，核膜破裂，纺锤体形成,Metaphase 中期 纺锤体形成，纺锤丝牵引染色体使其排列在赤道面。,Anaphase 后期 染色单体分开，并分别移向细胞的两极。 Telephase 末期 染色体解浓缩变成染色质 核膜、核仁重新形成,连续丝形成成膜体（phragmoplast） 形成细胞板（cell plate 质膜和胞间连丝逐渐形成 随着细胞板的形成，成膜体向四周扩展，最后逐渐消失 最后细胞板与母细胞相连，将细胞一分为二。,.2 ytokinesis 细胞质分裂,经过间期和分裂期，核分裂和胞质分裂，一个细胞便分裂为2个细胞。 染色体经过间期复制，故每个子细胞所获得染色体数目与母细胞相同，保证了子细胞具有与母细胞相同的遗传潜能，确保了细胞遗传的稳定性。,Significance,. Amitosis 无丝分裂,直接分裂 direct division：分裂时核内不出现染色体，也不形成纺锤丝 横缢、纵缢、碎裂、出芽等 优点：消耗能量少，分裂速度快 缺点：不能保证母细胞的遗传物质平均地分配到两个子细胞中,. Meiosis 减数分裂 发生在有性生殖过程中的一次特殊的细胞分 裂，包括2次连续的细胞分裂，1个母细胞形成4个子细胞，子细胞中染色体数减半。 3.1. Meiosis I: prophase I：染色体出现，核膜核仁消失 细线期：染色体出现 偶线期：同源染色体联会、四联体形成 粗线期：染色单体间交叉、互换 双线期：交叉的染色体分开 终变期：染色体最短，核膜、核仁消失 metaphase I：染色体对排列在赤道面上 anaphase I：同源染色体分离 telophase I：染色体到达两极，核膜、核仁出现,3.2 Meiosis II: 是一次普通的有丝分裂 prophase II：核膜核仁消失 metaphase II：染色体排列在赤道面上 anaphase II：染色体单体分离 telophase II：染色体到达两极，核膜、核仁出现,是有性生殖的前提，保持物种稳定性的基础。 遗传物质发生了交换、重新组合，丰富了植物遗传的变异性。有利于产生适应能力更强的后代。,Significance of meiosis,Section 3 growth, differentiation and death of plant cell,1. cell growth 细胞生长 Concept：Growth is the process of increasing volume and weight of cells Changes：体积扩大、内部结构变化（液泡化、细胞器数量和分布变化、壁物质积累）,2. Plant cell differentiation Concept: 细胞结构和功能上的特化 植物进化的表现 ：使生理功能趋于专门化，从而有利于提高各种生理功能的效率。 Impact factor： 极性、位置效应、发育阶段、激素、其他化学物质、光照、温度、湿度等。 cell totipotence 细胞全能性：,3. Plant cell death,Types ：坏死性死亡和编程性死亡。 necrosis （坏死性死亡）：是由于某些外界因素，如物理、化学损伤和生物侵袭造成的非正常死亡。 programmed cell death（简称PCD 细胞编程性死亡）：或称细胞凋亡（apoptosis），是在一定生理或病理条件下，遵循自身的程序，主动结束其生命的过程，是正常的生理性死亡，是基因程序性活动的结果。,细胞编程性死亡特征,植物细胞编程性死亡的主要特征是细胞的有序降解，包括细胞质和细胞核的凝聚、收缩，不边缘化；染色质DNA断裂成DNA片断，有细胞壁加厚现象，如导管和纤维细胞。,1972年，Kerr，Wyllie和Gurie等首次提出了编程性死亡的概念。,已知有PCD的细胞、组织： 在生长过程中，导管细胞、纤维细胞、糊粉层细胞、根冠细胞等的发育等；在生殖过程中，不需要的生理原基（如单性雄花的雌蕊原基）、雄性不育系的败育小孢子（水稻、玉米）、胚囊中某些大孢子的退化、花药绒毡层的解体等；在植物与环境的相互作用中，缺氧条件下植物形成通气组织的过程等。,编程性细胞死亡是生物体在生长发育和对环境信号做出反应的过程中发生的积极的死亡，是一种有选择地除去不需要细胞的生理性死亡过程，有重要的进化意义,复习思考题,1.细胞学说的主要意义是什么？ 2.植物细胞的显微结构（光学结构）包括哪些部分，超微结构包括哪些部分？ 3植物体中每个细胞所含的细胞器类型是否相同？试举例说明。 4.质体有哪些类型，存在于植物体的哪些部位，各自的作用是什么？ 5.液泡有什么功能，主要含有哪些物质？ 6.细胞内含物主要包括哪几种，各有何意义和利用价值？ 7.胞间层、初生壁、次生壁有何区别？各包括哪些成分，各自的功能如何？ 8植物细胞有那些结构保证了多细胞植物体中细胞之间的物质和信息传递。 10.说明细胞壁主要的4种次生变化及相应功能。 11.何为纹孔，胞间连丝，有什么作用？纹孔有几种类型？画图表示之。 12.植物细胞的分裂有哪几种，它们之间有何主要不同？各发生在什么部位和时期？它们与植物的生长发育各有何联系？ 13植物细胞在结构上与动物细胞的主要区别是什么？试说明为什么会有这种区别？ 14.名词解释: 原核细胞，真核细胞，细胞器，质膜，细胞质运动，花青素 细胞程序性死亡,思考与探索题,根据线粒体和叶绿体的结构和具有遗传自主性的特点，Lyunn Margulis提出了内共生学说，认为这两种细胞器起源于原核生物入侵原核细胞后形成的。你是否同意这一观点？请查阅资料，为你的观点提供证据,世界上第一台显微镜是荷兰眼镜商詹森（Hans Janssen在1604年发明的。,用自己设计并制造的显微镜观察栎树软木塞切片时发现其中有许多小室，状如蜂窝，称为“cella”，这是人类第一次发现细胞，不过，胡克发现的只是死的细胞壁。,为了检查布的质量，亲自磨制透镜，装配了高倍显微镜（300倍左右），并观察到了血细胞、池塘水滴中的原生动物、人类和哺乳类动物的精子，这是人类第一次观察到完整的活细胞。,Middle lamella,细胞分裂时在2个子细胞之间形成的一层薄膜。 Chemical component：果胶质或果胶酸钙和果胶酸镁 Function：将相